Search

In der vorliegenden Arbeit wird eine Synthese-Vorauslegungsmethode beschrieben, mit der für individuelle Anforderungsprofile in einem frühen Entwicklungsprozess eine methodische Generierung von Lösungsvarianten für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen-Stacks erfolgt. Hierzu werden Parametervariationen auf Basis Kanalquerschnitts- und Flussfeldmodellen durchgeführt. Weiterhin werden Berechnungsmodule genutzt, um individuelle konstruktive und verfahrenstechnische Kennwerte der jeweiligen Lösungsvarianten zu bestimmen, unter anderem hinsichtlich GDL-Intrusionseffekten, hydraulischer Druckabfälle, der Umformschädigung metallischer Kanalstrukturen sowie der Berechnung der Flussfeldüberdeckungsbereiche zweier kombinierter Flussfelder. Auf Basis der Variantenkennwerte erfolgen wichtungsbasierte Bewertungsprozesse, aus denen gesamtheitliche Vorzugslösungen resultieren. In einem Beispielszenario wird die Anwendung der präsentierten Synthese-Vorauslegungsmethode exemplarisch dargestellt sowie die experimentellen Ergebnisse zur Charakterisierung der real umgesetzten Vorzugslösung aufgezeigt.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Wissenschaft und Technik 3 Grundlagen von PEM-BZ 4 Synthese-Auslegungsmethode 5 Berechnungsmodule 6 Anwendung der Synthese-Methode 7 Schlussbetrachtungen

Die strukturmodellbasierte Korrektur wird genutzt, um thermisch bedingte Fehler von Werkzeugmaschinen mithilfe von physikalischen Modellen zu reduzieren. Diese Modelle bilden das thermo-elastische Verhalten der Werkzeugmaschine ab, einschließlich ihrer Strukturvariabilität. Als Modelleingangsdaten werden maschineninterne technologische Daten, wie die Achspositionen, -geschwindigkeiten, Motorströme sowie die Umgebungstemperatur verwendet. In der Maschinensteuerung erfolgt eine volumetrische Korrektur der berechneten thermisch bedingten Fehler. In dieser Arbeit werden zunächst die Grundfunktionen der strukturmodellbasierten Korrektur von der thermo-elastischen Wirkungskette abgeleitet. Es werden die drei wesentlichen Echtzeitbereiche für die Module der Korrektur sowie die Schnittstellen zwischen diesen Echtzeitbereichen definiert. Die modularisierte Korrektur wird am Beispiel eines Hexapods demonstriert. Die für die technologischen Daten erforderlichen Abtastzeiten werden aus den Bewegungsgrenzwerten der Achsen, der Diskretisierung der Randbedingungen im thermischen Modell und dem thermischen Zeitverhalten der Maschine hergeleitet. Des Weiteren wird die geeignete Verdichtung der Eingangsgrößen auf die Lastschrittweite des Simulationsmodells unter Verwendung von positionsabhängigen Lastprofilen beschrieben. Das Vorgehen wird an einem Knotenpunktmodell einer kugelgewindegetriebenen Achse demonstriert. Die Verdichtung der Eingangsgrößen führt in diesem Beispiel zu einer starken Reduktion der benötigten Rechenzeit bei einem lediglich geringen Genauigkeitsverlust. Das Starttemperaturfeld für das Korrekturmodell hat einen wesentlichen Einfluss auf die Korrekturgenauigkeit. Deswegen wird ein Vorgehen für die Bestimmung des Starttemperaturfelds unter verschiedenen Randbedingungen und unter Berücksichtigung des thermischen Zeitverhaltens der Maschine entwickelt. Das Vorgehen wird am Beispiel einer kartesischen 3-Achs-Maschine demonstriert. Für kurze Unterbrechungen und Fortset, Structure model based correction is used to reduce thermally induced errors in machine tools utilizing physical models. These models simulate the thermo-elastic behavior of the machine tool, including its structural variability. Machine-internal technological data, such as axis positions, velocities, motor currents, and ambient temperature, are used as model input data. In the machine control, a volumetric correction of the calculated thermally induced errors is performed. In this thesis, the basic functions of the structure model based correction are derived from the thermo-elastic functional chain. Three main real-time domains for the modules of the correction as well as the interfaces between these real-time domains are defined. The modularized correction is demonstrated using a hexapod as an example. The sampling times required for the load data are derived from the motion limits of the axes, the discretization of the boundary conditions in the thermal model, and the thermal time behavior of the machine. Furthermore, the appropriate compression of the input variables to the load step size of the simulation model using position-dependent load profiles is described. The procedure is demonstrated on a model with lumped parameters for a ball screw driven axis. In this example, the compression of the input variables leads to a strong reduction of the required computation time with only a small loss of accuracy. The start temperature field for the correction model has a significant influence on the correction accuracy. Therefore, a procedure for the determination of the start temperature field under different boundary conditions and under consideration of the thermal time behavior of the machine is developed. The procedure is demonstrated using the example of a Cartesian 3-axis machine. For short interruptions and continuation of the simulation with the last known temperature field, the residual error is in the range of the reference simulation without interruption. A

Die Geschichte der magnetischen Formgedächtnislegierungen (MFGL) ist im Kontext der Materialwissenschaften noch recht jung. In den letzten 30 Jahren sind dabei viele Erkenntnisse in der Forschung gewonnen worden. Der industrielle Durchbruch wiederum ist mit diesem Material noch nicht gelungen. Die existierenden Publikationen zur Auslegung von magnetischen Formgedächtnis- (MFG)-Aktoren sind in dieser Arbeit daher aufbereitet und systematisiert worden. Dabei stellt insbesondere die thermische Auslegung eine Wissenslücke dar, die entsprechende Grundlagenuntersuchungen erfordert. Aufbauend auf dieser Wissensbasis ist eine spezifische Entwurfsmethodik für MFGL entwickelt worden. Die Dimensionierung erfolgt zunächst mit analytischen Gleichungen, um eine zeit- und kosteneffiziente Vorgehensweise für Entwicklungsingenieure zu gewährleisten. Finite-Elemente-Methode-(FEM)-Software wird erst im zweiten Schritt zur Prüfung oder Optimierung eingesetzt. Außerdem kann mittels dieser Methodik auf unwirtschaftliche Iterationsschleifen und „trial and error“-Ansätze verzichtet werden. Abschließend ist die Methodik anhand eines Anwendungsszenarios verifiziert worden. Die abgeleiteten Anforderungen konnten dabei ohne Nachbesserungen oder weitere Iterationsschleifen erfüllt werden, so dass die Methodik eine strukturierte und erfolgreiche Entwicklung unterstützt hat.:1 Einleitung 2 Stand der Wissenschaft und Technik 3 Grundlagenuntersuchungen 4 Entwurfsmethodik für MFG-Aktoren 5 Zusammenfassung und Ausblick

Die rasant ansteigenden Produktionsvolumina von elektrifizierten Fahrzeugen stellen für die jeweiligen Hersteller ein ungemein hohes Risiko dar, da neu industrialisierte Antriebstopologien innerhalb kürzester Zeit in großvolumigen Prozessketten gefertigt werden müssen. Neben der notwendigen produzierten Quantität muss jedoch auch die ausgelieferte Qualität höchsten Ansprüchen genügen. Im Gegensatz zu konventionellen Antrieben kann hierfür nicht auf jahrzehntelange Erfahrungsschätze von möglichen Fehlerfällen im Produktionssystem zurückgegriffen werden. Daher befasst sich diese Arbeit mit der Entwicklung einer körperschallbasierten Prüfmethodik am Bandende (End-of-Line, EOL) zur Identifikation und Benennung von fehlerhaften Antriebseinheiten. Durch die hochintegrierte Bauweise ergibt sich eine hohe Anzahl an kompetierenden Anregungsmechanismen, welche traditionellen Analysen keine eindeutige Fehlerzuordnung erlaubt. Zum Verständnis der gesamten Prüfkette werden die einzelnen Komponenten (Sensorik, Drehzahlprofile, Verarbeitung der Rohdaten, etc.) beleuchtet und ein taktzeittaugliches Prüfprofil vorgestellt. Hierauf basierend werden Sensitivitäten hinsichtlich toleranzbehafteter Merkmale wie Lagersitzpositionen oder Unwuchten bestimmt und Fehlermechanismen von Grund auf hergeleitet. Die resultierende Überbestimmung von praktisch jeder Maschinenordnung wird mithilfe der in dieser Arbeit entwickelten reduzierten Differenzkoinzidenz-Metrik (RDKM) signifikant reduziert. Die erarbeiteten Analysatoren werden zu einem allgemeinen Fehlerkatalog zusammengefasst und auf Validität mittels realer Fehlerfälle erfolgreich überprüft. Die RDKM-Methodik wird mittels Grenzmusteraufbauten auf die Separationseigenschaft gegenüber einer normalen Serienstreuung untersucht und allgemein anwendbare Grenzwerte hergeleitet. Abschließend befasst sich diese Arbeit mit der Produktionsskalierbarkeit durch weitere End-of-Line-Prüfstände und mit der notwendigen Adaptionsfähigkeit aufgrund von Charge

Gegenstand dieser Arbeit sind die Erweiterung des Standes der Technik um Verfahren zur Herstellung und die Charakterisierung mit Paraffinen infiltrierter geschlossenporiger Aluminiumschäume. Die Einzelwerkstoffe werden hinsichtlich ihres strukturellen, mechanischen und thermischen Verhaltens anhand ausgewählter Tests wie der computertomografischen Analyse, dem Druckversuch und dem „Transient-Plane-Source“-Verfahren charakterisiert. Dem schließt sich die Entwicklung von Infiltrationsmethoden zur Herstellung von Werkstoffverbunden aus den Einzelwerkstoffen an. Der Infiltrationsgrad wird als wesentlicher zugehöriger Berechnungs- und Auswertungskennwert analytisch beschrieben. Anhand infiltrationsgerecht gefertigter Aluminiumschaumproben erfolgt die experimentelle Untersuchung verschiedener Infiltrationsverfahren auf Basis statistischer Versuchspläne und deren Gegenüberstellung. Im Anschluss an die Charakterisierung der Verbunde und der Modellierung betrachteter Zielgrößen mittels Regressionsmodellen erfolgt der Vergleich der Verbundeigenschaften mit denen der Einzelwerkstoffe. Nach analytischen Berechnungen zur Auslegung von Latentwärmespeicher-Systemen folgt die Dimensionierung mittels Finite-Elemente-Methode. Die Modellierung auf Basis eines homogenisierten Materialverhaltens wird anhand von Experimenten validiert. Abschließend werden anhand der generierten Werkstoff-Datenbasis Aussagen über das Nutzungspotential für ausgewählte Anwendungen abgeleitet.:Danksagung Bibliografische Beschreibung Abbildungsverzeichnis 5 Tabellenverzeichnis 11 Symbol- und Abkürzungsverzeichnis 13 1 Einleitung und Motivation 17 2 Stand der Technik 19 2.1 Aluminiumschaum 19 2.1.1 Einteilung 19 2.1.2 Herstellung 20 2.1.3 Strukturelle Eigenschaften 25 2.1.4 Mechanische Eigenschaften 27 2.1.5 Thermische Eigenschaften 30 2.1.6 Schaummodelle 35 2.1.7 Sandwichstrukturen 36 2.1.8 Anwendungen 39 2.2 Phase-Change-Material 41 2.2.1 Wirkprinzip und Einteilung 41 2.2.2 Herstellung 43 2.2.3 Eigenschaften